Diseños de Flujometros: Tubos Venturi y Tubos Pitot

07 Septiembre 2010

Tubos / toberas Venturi se emplean principalmente para medir caudales de líquidos, por ejemplo en sistemas de distribución de agua, o de biogases procedentes de plantas de tratamiento de aguas residuales.

Estos elementos primarios originan pérdidas de carga mucho menores que las placas orificio o toberas, por lo que requieren menor presión de bombeo. Sin embargo, su incertidumbre es ligeramente superior que con las placas orificio por las presiones diferenciales inferiores que suelen involucrar. Los tubos Venturi y las toberas Venturi disponen de un difusor de salida divergente que constantemente reduce la velocidad del fluido mientras la presión aumenta.

 

 

Fig. Modelo tobera Venturi (arriba) y modelo tubo Venturi (abajo).

 

 

Ventajas:


- Pérdidas de carga menores que con las placas orificio

- Resistente al desgaste interno

- Menos sensibles a las perturbaciones originadas aguas arriba

- Buena ejecución para valores de |3 elevados y para tamaños grandes

 

Inconvenientes:

Las desventajas respecto a las placas orificio son:

- Mayores longitudes en general

- Costes de instalación y mantenimiento superiores

- Los diámetros nominales grandes presentan problemas de manejo (un mayor peso muerto en el transporte)

 

Las toberas son un buen compromiso entre los tubos Venturi y las placas orificio porque combinan un diseño compacto con unas pérdidas de. presión razonablemente bajas. Hay de dos tipos toberas según ISA 1932 y toberas de radio largo según ISO 5167-1/A1 (Figura siguiente).

 

Por su sección de entrada redondeada con radio, las toberas pueden tolerar velocidades de circulación del fluido muy altas y también resultan una buena elección para fluidos abrasivos. La presión diferencial es inferior que en las placas orificio, y en consecuencia, las pérdidas de presión también, pero la incertidumbre en la medición es ligeramente superior.


La presión se detecta en tubos o ranuras anulares, de modo muy parecido al caso de las placas orificio.



Fig. Modelos de tobera. Izquierda: tobera ISA 1932. Derecha: tobera de radio largo ISO 5167-1/A1




Principio de medición - Tubos Pitot


Los tubos Pitot también se basan en diferencias de presión. El tubo de Pitot se instala en tuberías transversalmente a la dirección de circulación del fluido o en conductos de sección rectangular.


El elemento medidor, un detector en forma de varilla, tiene uno o varias hendiduras en la parte anterior y en la posterior, conectadas a un transmisor de presiones diferenciales por dos canales independientes.


Las hendiduras en la parte anterior registran la carga total de presión (= presión dinámica más presión estática). Las hendiduras en la parte posterior sólo detectan la presión estática. En consecuencia, la presión diferencial entre la parte anterior y la parte posterior corresponde a la presión dinámica en la tubería, de donde se puede calcular el caudal directamente a partir de las ecuaciones previamente discutidas. El detector atraviesa todo el diámetro de la tubería y las hendiduras están distribuidas de tal modo que registren un promedio representativo de la velocidad del fluido. Esto no significa, sin embargo, que estos detectores sean totalmente inmunes a los efectos derivados del perfil de velocidades y las turbulencias. Los tubos Pitot originan una pequeña presión diferencial que los transmisores de presión diferencial modernos son capaces de detectar con un alto grado de exactitud. En consecuencia, el empleo de tubos Pitot va siendo cada vez más habitual.



Fig.:  El principio de medición de los tubos Pitot (modelo de puerto múltiple).



Las ecuaciones para el cálculo del caudal másico (Qm) y el caudal volumétrico (Qv) se pueden escribir de manera simplificada:




Símbolos (de la ecuación del flujo y la Figura anterior):




El parámetro K depende de las características de diseño del detector y del diámetro interior de la tubería. El valor de este parámetro se obtiene por métodos empíricos mediante un proceso de calibración.


Las pérdidas de carga en los tubos Pitot son significativamente inferiores que en los métodos por estrechamiento, en particular, en tuberías de diámetro muy grande. No obstante, los efectos debidos al perfil de velocidades y las turbulencias pueden ser más significativos para diámetro mayores de 1.000 mm (40"). El efecto del desgaste en la exactitud de la medición es totalmente despreciable (<1,5% v.1.).



Figura: Tubo de Pitot "Deltatop" de E+H.


Henry Pitot (1695-1771) describió este método de medición por primera vez en 1732 y lo empleó para determinar la velocidad de navegación de navios. Hoy en día, cualquier aeronave dispone de dos o más tubos Pitot para medir la velocidad del aire.


Ludwig Prandtl (1875-1953) combinó el tubo de Pitot con una toma de presión estática. Los sensores que se basan en estos principios tienen hasta cuatro de estos tubos Prandtl dispuestos por toda la sección transversal de la tubería (modelo de puerto múltiple). Los tubos Pitoty Prandtl son de uso generalizado en laboratorios y son además una elección habitual en mediciones temporales de velocidades puntuales de fluidos en sistemas de tuberías para averiguar velocidades de fluido relativas.



Fíg : Principio de medición de un tubo de Pitot (A) y un tubo de Prandtl (B).

pdin = Presión dinámica, pestat = Presión estática, ptot = Presión total

 

 

José Carlos Villajulca

Soy un apasionado ingeniero especializado en Control, Automatizacion e Instrumentación Industrial. Con mas 8 años de experiencia desarrollando proyectos y manteniendo sistemas de control en diversas plantas industriales. Soy director y webmaster de InstrumentacionyControl.NET y de MyAutomationClass.com. Cualquier consulta o comentario lo puedes hacer en la parte de abajo y escribiendo a mi email.

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